EP0963688A2 - Arbeitsmaschine - Google Patents

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EP0963688A2
EP0963688A2 EP99110562A EP99110562A EP0963688A2 EP 0963688 A2 EP0963688 A2 EP 0963688A2 EP 99110562 A EP99110562 A EP 99110562A EP 99110562 A EP99110562 A EP 99110562A EP 0963688 A2 EP0963688 A2 EP 0963688A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coupling
sleeve
fluid
components
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP99110562A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0963688A3 (de
EP0963688B1 (de
Inventor
Helmut Scherhaufer-Kremmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KREMMER, JOHANNA
Original Assignee
SCHERHAUFER KREMMER HELMUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SCHERHAUFER KREMMER HELMUT filed Critical SCHERHAUFER KREMMER HELMUT
Publication of EP0963688A2 publication Critical patent/EP0963688A2/de
Publication of EP0963688A3 publication Critical patent/EP0963688A3/de
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Publication of EP0963688B1 publication Critical patent/EP0963688B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/3604—Devices to connect tools to arms, booms or the like
    • E02F3/3609—Devices to connect tools to arms, booms or the like of the quick acting type, e.g. controlled from the operator seat
    • E02F3/3627—Devices to connect tools to arms, booms or the like of the quick acting type, e.g. controlled from the operator seat with a hook and a longitudinal locking element
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/3604—Devices to connect tools to arms, booms or the like
    • E02F3/3609—Devices to connect tools to arms, booms or the like of the quick acting type, e.g. controlled from the operator seat
    • E02F3/3654—Devices to connect tools to arms, booms or the like of the quick acting type, e.g. controlled from the operator seat with energy coupler, e.g. coupler for hydraulic or electric lines, to provide energy to drive(s) mounted on the tool
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/96—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with arrangements for alternate or simultaneous use of different digging elements
    • E02F3/963—Arrangements on backhoes for alternate use of different tools
    • E02F3/964—Arrangements on backhoes for alternate use of different tools of several tools mounted on one machine

Definitions

  • the invention relates to a work machine, in particular for civil engineering work, according to the preamble of claim 1, a quick-change coupling system the preamble of claim 8 and further a fluid coupling according to the preamble of claim 10.
  • Such machines are often found in construction, on quarries, in municipal building yards or agriculture application. To use them versatile To be able to, these machines have different attachments, from which can each be coupled to the machine and used. Around to be able to quickly change the attachment with little effort, are the coupling systems for establishing the connection between the working machine and the attachment mostly designed as a quick-change coupling system. This can be actuated mechanically or hydraulically, in addition at least one locking pin or similar to operate what is from outside the cab has to be done.
  • attachments are also often used, which a Require pressure medium supply.
  • these tools have appropriate connections on, with the current designs by hand to the pressure medium supply the machine must be connected. It is disadvantageous that this either an additional person is required, or the operator of the work machine must leave his cab. This is a significant personnel or Time involved. The advantages of automatic mechanical coupling are partially destroyed.
  • DE 44 12 115 A1 discloses a device for connecting equipment a machine, in particular a header to a harvester known.
  • a drive connection with a first and a second coupling half is provided, which for each related electrical, hydraulic, pneumatic and / or mechanical connections.
  • this device has a locking device to fix the equipment on the machine.
  • the drive connection to be separate from the locking device is trained and operable.
  • the first coupling half of one carrier linearly movable and rotatably supported and on the other, second coupling half brought to the plant, the coupling halves by means of alignment be brought together.
  • the present invention thus provides for the first time that each individual connection of the Fluid coupling can be actuated separately, and that the coupling components to compensate misalignment held in particular adjustable by spherical bearings are. Since, according to the invention, each individual connection is therefore independent of other individual connections is held adjustable, tolerance deviations play in the arrangement of the individual connections to the respective coupling component is irrelevant.
  • a particular advantage of the construction according to the invention is that the extent of an alignment error or the size of an offset essentially none Influence on the force required to establish the connection or on the accuracy of the connection, since each individual connection of the fluid coupling can be actuated separately and each coupling component can be adjusted in position.
  • the invention permits this for the first time also a practicable automatic coupling of the at least one fluid coupling and thus establishing a pressure medium connection between the attachment and the machine without manual intervention. This will decrease the set-up times for such machines are significant.
  • the short changeover times for the machine according to the invention enable it also to reduce the fleet. So especially in the heavy load area instead of two machines with different attachments a machine with interchangeable attachments can be used.
  • the work machine according to the invention is characterized by high reliability off, since the fluid coupling is only closed when it is closed the mechanical coupling defined assignments of the coupling components of the Fluid coupling present. This will result in poor coupling in the area of Fluid coupling effectively avoided.
  • the quick-change coupling system of the work machine according to the invention is also characterized by a compact design.
  • Coupling components is a linear movement. This is the design effort to guide this movement slightly. There is also a linear movement control better than, for example, a swivel movement, which makes a more reliable Sealing on the fluid coupling can be achieved.
  • the guide surfaces of the coupling components slide exactly one above the other.
  • a design has proven to be particularly advantageous in the one of the coupling components has a coupling sleeve, which in the course of the achievement the closed position of the clutch components via a spring-loaded Sleeve on the other coupling component is movable, being in the coupling sleeve a sealing cone is arranged, which resiliently against a stop in the coupling sleeve Direction is biased to the other coupling component, being in the sleeve is present rigidly on the coupling component present valve cone, which acts as a stop serves for the sleeve, and the prestressing force on the sleeve is chosen in this way is that the coupling sleeve and the sleeve in the course of achieving the closed position of the Coupling components create a fluid seal before the valve plug interacts allows fluid passage with the sealing cone when the coupling sleeve the sleeve moves against its resilient bias.
  • the first Step a fluid tight seal between the peripheral surface of the sleeve and the inner surface the coupling sleeve is manufactured.
  • the tightness of the arrangement can be further increased by sealing rings and the like.
  • To the coupling process lighten the sleeve and the coupling sleeve with complementary training Surfaces are provided, which are preferably conical at least in partial areas are to enable a better sliding into each other.
  • a work machine which is characterized in that an additional on the coupling system Locking element is arranged, which separately in the coupled state of the tool can be locked.
  • This point of view which also has independent meaning, allows an additional securing of the coupling connection, which is also fully automatic can be executed.
  • This allows safety regulations to Example from the civil engineering association against failure of the normal Coupling device can be taken into account even better.
  • this additional locking member no manual intervention on the clutch system required so that it can be operated fully automatically. Let it through the advantages outlined above can be achieved even better.
  • the locking member By the locking member can be actuated by a pressure medium, the coupling system already existing energy source can be used for locking. Thereby the design effort can be kept low.
  • the locking element can be locked automatically when coupling, it can be ensured that the locking of the locking member is not forgotten by mistake.
  • a work machine which is characterized in that a coupling component of the coupling system has at least one locking element which with a Locking area on the other coupling component in a defined, form-fitting manner Engagement occurs when the clutch system is closed.
  • a coupling component of the coupling system has at least one locking element which with a Locking area on the other coupling component in a defined, form-fitting manner Engagement occurs when the clutch system is closed.
  • the locking element and the locking area in cuboid Shape and formed with a matched oblique surfaces the reliability and accuracy of the coupling is further increased.
  • the coupling components of the fluid coupling after closing the mechanical coupling are still more defined to each other.
  • the predetermined distance between these fluid coupling components can be set even more precisely, whereby lateral misalignment or inclinations are avoided even more effectively.
  • the locking element can be driven by a pressure medium
  • the Coupling system existing energy source can be used, whereby the Construction further simplified.
  • a quick change coupling system provided according to claim 8.
  • Quick change coupling system can also be the task of the invention solve, whereby the advantages discussed above can be achieved.
  • work machines can be retrofitted.
  • quick-change coupling system are further developed with the features of claims 2 to 7, the corresponding advantages can be achieved.
  • a fluid coupling provided in particular for a work machine.
  • This fluid coupling is suitable especially for a quick-change coupling system because it is durable and reliable Coupling operations can be made in large numbers. Beyond that however, this fluid coupling can also be used for any other fluid connections, i.e. this aspect has an independent character.
  • Figures 1 to 8 are a first and second embodiment of an inventive Quick-change coupling system 1 shown. This has a mechanical Coupling 2 and a fluid coupling 3, an embodiment of the mechanical coupling 2 is only shown in Figures 9 to 15.
  • FIGS. 1 to 3 3 the first embodiment of the fluid coupling is shown in FIGS. 1 to 3 3 explained.
  • Fig. 1 shows the position with the fluid coupling open during Fig. 2 shows an intermediate position
  • Fig. 3 shows the closed fluid coupling represents.
  • the fluid coupling 3 has a machine side Coupling component 31 and a coupling component 32 on the tool side on.
  • the machine-side coupling component 31 is with the piston of a hydraulic cylinder 33 connected in such a way that the coupling component 31 linearly is retractable.
  • the hydraulic cylinder 33 is in turn via a first ball joint bearing 34 pivotally connected to a first bracket 35, by means of which the Coupling component 31 is coupled on the machine side.
  • the tool-side coupling component 32 is via a second one Ball joint bearing 36 hingedly connected to a second bracket 37 which to the Tool is screwed on.
  • the coupling components 31 and 32 are each Via three supports distributed evenly around the circumference on the holder 35 or 37 attached.
  • the machine-side coupling component 31 has a coupling sleeve 31a, which is screwed onto a base plate 31b, which is connected to the piston of the hydraulic cylinder 33 is connected.
  • the coupling sleeve 31a is essentially cylindrical formed and on the tool-side coupling component 32 facing End with conical surfaces and sealing rings, which in their shape on a Sleeve 32a of the coupling component 32 are adapted.
  • the coupling sleeve 31a on the inside a projection 31c, which on that of the coupling component 32 opposite side forms a conical sealing surface. This is due to the 1 and 2, a sealing cone 31d fluid-tight, which is also by means of a spring 31e is biased against the projection 31c.
  • the projection is on the side facing the second coupling component 32 31c formed such that it is substantially perpendicular to the direction of connection of the fluid coupling forms the stop surface, which is in the center Has through hole with a predetermined diameter.
  • the coupling sleeve 31a also has a fluid supply 31f.
  • the coupling component 32 has a valve cone 32b in addition to the sleeve 32a on, which is rigidly coupled to the coupling component 32, while the sleeve 32a spring biased against a conical surface of the sealing cone 32b by means of a spring 32c is.
  • the valve cone 32b is on its coupling component on the machine side 31 facing end formed such that the largest diameter larger as a through hole in the sleeve 32a.
  • the conical surface of the valve cone 32b forms together with the correspondingly designed conical surface on the Sleeve 32a a valve.
  • the coupling component 32 also has sealing elements in the form of O-rings on, which effect a fluid seal to the outside and yet a sliding Allow sleeve 32a to move.
  • the sleeve 32a has on its Outer circumference on that facing the machine-side coupling component 31 End a bevel on the insertion into the coupling sleeve 31a of the machine side Coupling component 31 facilitated.
  • the outside diameter of the sleeve 32a is in this area on the inside diameter of the coupling sleeve 31a adapted that a fluid-tight connection is possible.
  • the spring force of the spring 32c is selected such that it is only overcome is when the end face of the sleeve 32a against the stop surface of the projection 31c of the coupling sleeve 31a. This is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 3.
  • Fig. 1 the fluid coupling 3 is shown in the open state.
  • the dome sleeve 31a is located at a predetermined distance of z. B. 5 mm before Sleeve 32a. This predetermined relative position of the clutch components 31 and 32 with the mechanical coupling of the quick-change coupling system engaged in front.
  • the sealing cone 31d is so against the conical by means of the spring 31e Surface of the projection 31c pressed that no fluid transfer is possible.
  • Alike the sleeve 32a is pressed against the valve cone 32b by means of the spring 32c, that there is also a fluid-tight seal on the tool side.
  • the coupling sleeve 31a presses the sleeve 32a by means of the stop surface Projection 31c in the direction of the tool-side coupling component 31 such that the fluid passage between the sleeve 32a and the valve plug 32b is opened. Since the sealing cone 31d comes into contact with the valve cone 32b, the sealing cone becomes 31d against the force of the spring 31e from the conical surface of the projection 31c lifted that a fluid passage through the fluid coupling 3 is possible. Of the predetermined diameter of the central through hole on the protrusion 31c adapted to the maximum diameter of the valve cone 32b.
  • the opening of the fluid coupling 3 is carried out in the reverse order, when retracting the coupling sleeve 31a, the fluid paths in the region of the Valve cone 32b or the sealing cone 31d are closed before the fluid seal is lifted between the sleeve 32a and the coupling sleeve 31a.
  • the fluid coupling 3 shown in Figures 4 and 5 according to the second embodiment has the machine-side coupling component 31 and the tool-side Coupling component 32. 4, the fluid coupling 3 is decoupled State shown, while Fig. 5 shows the coupled state.
  • the machine-side coupling component 31 is with the piston of the hydraulic cylinder 33 connected in such a way that the coupling component 31 linearly is retractable.
  • the hydraulic cylinder 33 is in turn via the first ball joint bearing 34 is pivotally connected to the first holder 35.
  • the first bracket 35 has a mounting plate 351 and can be screwed to a machine side Coupling can be coupled.
  • the tool-side coupling component 32 is in turn via the second ball joint bearing 36 hingedly connected to the second holder 37.
  • the second bracket 37 has a mounting plate 371 and can be screwed onto the tool.
  • the coupling component 31 on the machine side has a coupling element 311 and a centering sleeve 312. Furthermore, the coupling component on the tool side 32 a mating coupling 321 and a mating sleeve 322.
  • the clutch element 311 and the counter clutch 321 are in this embodiment commercially available coupling components, with one or both elements the thread is turned off. This is a linear sliding of the Coupling element 311 via the counter-coupling 321 possible without this Twisting is required.
  • the centering sleeves 312 and 322 are of such a diameter matched that the counter sleeve 322 is guided exactly in the centering sleeve 312.
  • both the centering sleeve 312 and the counter sleeve 322 face one another end area to be assigned a bevel, which in the event of tolerance deviations enable exact threading.
  • the ball joint bearings also allow 34 and 36 a swiveling of the respective coupling component 31 or 32.
  • the centering sleeves 312 and 322 are made of metal and hardened and on their Ground sliding surfaces.
  • the counter sleeve 322 is screwed onto a flange 323.
  • This flange 323 is supported on the second ball joint bearing 36 and is together with a connection block 324 pivotally mounted on it.
  • the connection block 324 passes through the ball joint bearing 36 and has a side connection 325 for a hydraulic supply on.
  • the centering sleeve is in the area of the coupling component 31 on the machine side 312 screwed to a connector body 313.
  • the connector body 313 in turn has a side hydraulic connection 314.
  • the connecting body 313 is rigid with a piston 331 of the hydraulic cylinder 33 connected.
  • the hydraulic cylinder 33 is also provided with a collar 332, which is so large in diameter that it is on the ball joint bearing 34 supports.
  • a pressure medium supply 333 is also formed by this collar 332, which acts to move the piston 331 back into the hydraulic cylinder 33 becomes.
  • the hydraulic cylinder can be connected via a further pressure medium supply 334 33 are acted upon such that it extends the piston 331, whereby the Fluid coupling 3 is closable.
  • the first bracket 35 has the mounting plate 351, four supports 352 and a bearing 353 on.
  • the bearing 353 includes the first ball joint bearing 34 and supports it from.
  • a cage 341 of the first ball-and-socket bearing 34 is through a Stage in the bearing 353 and a flange ring 354 held.
  • the second shows analogously Bracket 37, the mounting plate 371, four supports 372, a bearing 373 and one Flange ring 374.
  • a support part 355 connected to the connection body 313 is connected via two Spring devices 356 elastically coupled to the bearing 353.
  • a sleeve section 357 of the support part 355 also acts on a swivel part 342 of the ball joint bearing 34.
  • a support part 375 connected to the connection block 324 is analogous elastically connected to the bearing 373 via two spring devices 376. Of the Supporting part 375 also supports itself against a pivoting part 362 of the second ball joint bearing 36 from.
  • the spring devices 356 and 376 are elastic sleeves with a predetermined one Hardness trained, which are put on metal pins. You doing so biased that the pivot parts 342 and 362 in the decoupled state of the fluid coupling 3 are always in a middle position. As a result, the coupling components are also located 31 and 32 in the decoupled state in a middle position.
  • Fig. 6 is the arrangement of the spring devices 356 and 376 in dashed lines in a plan view indicated.
  • Coupling an attachment to the machine are the Coupling components 31 and 32 of the fluid coupling 3 in that shown in FIG. 4 spaced apart from each other.
  • the hydraulic cylinder is now in this position 33 applied with fluid via the pressure medium supply 334, whereby the Piston 331 extends from the hydraulic cylinder 33.
  • This also applies to the machine Coupling component 31 moved linearly in the axial direction.
  • the centering sleeve 312 finally engages with mating sleeve 322, causing the coupling element 311 and the counter-coupling 321 are fed exactly to one another.
  • the coupling element 311 and the counter-coupling 321 also come together engaged and close.
  • the fluid coupling 3 is thus closed and a pressure medium supply for the attachment is established.
  • the hydraulic cylinder 33 is on the Pressure medium supply 333 is acted upon with fluid in such a way that the piston 331 is drawn in becomes.
  • the coupling element 311 and the counter-coupling 321 lie in relation to one another offset or canted in front, then the centering sleeves 312 and 322 effect such Swiveling around the ball joint bearings 34 and 36 that the coupling components 31st and 32 still engage exactly during the closing process.
  • the coupling element 311 and / or the counter-coupling 321 have additional ones Sealing devices such as O-rings and the like to establish a seal.
  • the pressure medium supply 334 constantly pressurized with pressure medium, so that the hydraulic cylinder 33 maintains a sufficient closing force.
  • the mechanical clutch 2 shown here consists of two spaced apart and interconnected arms 21, only one of which is shown here.
  • a Gripping section 211 of arm 21 engages in a bolt 41 of an attachment during coupling 4 a.
  • the arm 21 is pivotable about the pin 41 and tilts during the coupling process such that the opposite of the gripping section 211 End of arm 21 in alignment with a locking area 42 on the tool 4 comes to rest.
  • This state is shown in FIGS. 10 and 11.
  • a locking element 212 is operated hydraulically in this state so that it extends and with the locking area 42 engages.
  • the locking element 212 and the locking area 42 are equally provided with a bevel, which enable an exact intervention.
  • the quick-change clutch system 1 has a fluid coupling 5, which is based on another design principle, such as the fluid coupling 3 in the first embodiment.
  • a coupling component 51 on the tool is via a holding device 511 coupled to the tool 4.
  • a machine-side clutch component 52 is connected to a bracket 522 via a lever arm 521.
  • the bracket 522 has a hydraulic cylinder 523 and a guide 524, whereby the Lever arm 521 guided linearly along the axis of the hydraulic cylinder 523 is.
  • the tool-side coupling component 51 is shown in more detail in FIGS. 12 and 13 shown. It has an elongated hole 512, into which an in the holding device 511 held bolt transverse to the longitudinal axis of the coupling component 51 is stored.
  • the coupling component 51 is by means of a pressure part 514 and one Spring 515 elastically biased in the axial direction.
  • the coupling component is in a transverse direction 51 also spring-loaded via two pins 516 and 517.
  • the pins 516 and 517 are arranged so that they are on both sides of the pivot axis are around the bolt 513, so that the coupling component 51 is in a central position is held when the fluid coupling 5 is not closed.
  • About other facilities 518 is also the coupling component 51 in the longitudinal direction of the bolt 513 elastically pre-tensioned.
  • the coupling components 51 and 52 have bellows 53 and 54 or Like., which protect the coupling elements from dirt, etc.
  • the gripping section 211 engages in the bolt 41 of the attachment 4, the arm 21 being pivoted further so that the Locking element 212 can be moved into the locking area 42. Then the arrangement is as shown in FIG. 10.
  • the coupling components 51 and 52 face each other at a predetermined distance.
  • the piston of the hydraulic cylinder 523 then retracted such that the coupling component 52 on the coupling component 51 touches down and closes the hydraulic connection.
  • the coupling elements conical sealing surfaces, creating a well sealed connection between the coupling components 51 and 52 results.
  • There are also O-rings and the like are provided for sealing against leakage losses.
  • FIGS. 14 and 15 A further aspect of the present invention is illustrated in FIGS. 14 and 15.
  • the locking member is hook-shaped and encompasses the Bolt 41 of the attachment 4 in the coupled state in a form-fitting manner.
  • the locking member 6 is pivoted when coupled by a hydraulic cylinder 61.
  • each of the coupling components can be kept deformable, so that Tolerance and misalignment can be effectively compensated.
  • the deformation a coupling component is particularly low in machines Power transmission and, for example, plastic coupling components are an advantage.
  • the greater design effort for the adjustability of the position is particularly in heavy work machines with larger tolerance ranges and elastic loads on the coupling system properly. What a way to balance this misalignment is applied to the respective machine depends thus depending on the operating conditions. This also allows a good adjustment achieve the respective application.
  • At least one of the coupling components can compensate for Misalignment can be floating, which makes it reliable and good Compensation of tolerance deviations is achieved.
  • the floating shown In the case of very low misalignments, bearings can also be caused by the elasticity of the formula Coupling components are manufactured.
  • At least one of the Coupling components can be mounted on an eccentric disc. This construction too is characterized by its simplicity and reliability.
  • At least one of the coupling components limited movement in one plane by means of an elongated bolt connection and is rotatably arranged in a vertical plane thereto. That too is reliable alignment error compensation possible.
  • At least one of the coupling components can also be elastically displaced in the longitudinal direction of the bolt by a pair of springs Tolerance deviations across the connection direction can be effectively compensated.
  • the more complicated part with the hydraulic cylinder can optionally on the be arranged on the machine-side coupling or on the attachment. Is preferred thereby attaching it to the attachment, since the construction vehicle also cleans others manual attachments such as a shovel. This is supposed to Damage to the fluid coupling can be avoided.
  • the centering sleeves can also be made of plastic or another suitable Material be formed.
  • the actuation of the fluid coupling of the quick-change coupling system according to the invention can also be done pneumatically or electrically.
  • the coupling components can match threaded sections, in particular with a high helix thread, one on top of the other aligned linear movement of the coupling components in a rotary movement at least one of the coupling components can be transferred.
  • This will increase reliability and stability of the connection between the coupling components elevated.
  • the threaded sections cause a due to the self-locking Threaded a reliable fixing of the coupling components together, what is particularly advantageous at high pressures.
  • the connection on the fluid coupling is even more stable.
  • each coupling component with a centering device, in particular a centering sleeve, is formed, the centering devices on one another in this way are coordinated that a guided interlocking of the coupling components takes place, there is a reliable engagement of the coupling components during manufacture the connection achieved.
  • the centering devices guide the coupling elements of the coupling components are aligned and aligned with one another before these effectively slide on each other. This enables coupling errors to be avoided even better become. Damage to the coupling components is also caused of an inexact meshing prevented even more reliably. This increases the reliability and longevity of the fluid coupling continue.
  • the centering device consists of a hardened and / or ground Metal are formed, they are characterized by even greater durability and reliability out. In particular, this can cause inaccuracies when meshing of the coupling components can also be effectively prevented in the long term because Wear of the centering devices can be avoided.
  • At least one of the coupling components is one elastic device, in particular at least one rubber spring, which serves, the deformable or positionally adjustable coupling component in one keep middle position. This ensures that each coupling component at an intended connection to an attachment in a neutral middle position and therefore the maximum range for compensating tolerances in each direction given is.
  • a clutch component for example, remains in one Leaning due to the conditions of a previous attachment can can be avoided even more effectively.
  • the coupling components are each formed with a mounting plate are which can be coupled to the machine-side coupling or to the tool simple retrofitting of existing coupling systems is made possible.
  • the quick-change coupling system 1 according to the invention can also be used on others Vehicles such as trucks, etc. or on tools such as hydraulic hammers etc. are used.
  • the invention also provides a fluid coupling that is independent of Quick-change coupling system 1 according to the invention or the work machines explained can be applied.
  • the fluid coupling can therefore be used on any Apply fluid connection arrangements.
  • the invention thus creates a work machine and in particular a quick-change clutch system 1 for a work machine, which for coupling different pressure medium driven tools 4 is used.
  • the quick change coupling system 1 has a mechanical coupling 2 and a fluid coupling 3 or 5 on. After the mechanical clutch has been closed, the clutch components are in place 31 and 32 or 51 and 52 of the fluid coupling 3 or 5 in a predetermined Distance and ideally aligned with each other. According to the invention is then one of the Coupling components towards the other coupling component to achieve the closed position of the clutch 3 and 5 movable, and in this movement hydraulically driven.
  • the invention provides a work machine or a quick-change clutch system 1 for a work machine in which a fluid coupling is independent can be operated by a mechanical clutch, each Individual connection of the fluid coupling can be actuated separately and the coupling components adjustable to compensate for misalignment, especially by means of spherical bearings are held.
  • This ensures that assembly tolerances between several Individual connections of a fluid coupling have no effect on the quality of the Exercise coupling.
  • misalignment is achieved reliably balanced between the coupling components by means of the spherical bearings can be. This further ensures that the size of the offset of the Coupling components have no significant influence on the force required Establishing the connection or on the accuracy of the connection has.
  • the Fluid coupling according to the invention or the quick-change coupling system according to the invention and a working machine equipped with it are therefore distinguished due to low maintenance and repair work with great reliability and Lifespan. It is also possible to use attachments driven by pressure medium 4 to be fully automatically coupled to a work machine. The personnel and Time spent decoupling one attachment and coupling another Attachment to the work machine is significantly reduced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine, insbesondere für Tiefbauarbeiten, mit einem auswechselbaren, druckmittelangetriebenen Werkzeug (4), bei der für die Auswechslung des Werkzeugs (4) ein Schnellwechsel-Kupplungssystem (1) angeordnet ist, welches eine mechanische Kupplung (2) und wenigstens eine Fluidkupplung (3;5) aufweist, wobei an der maschinenseitigen Kupplung einerseits und am Werkzeug (4) andererseits je eine Kupplungskomponente (31,32; 51,52) der wenigstens einen Fluidkupplung (3;5) in einer derartigen Relativstellung angeordnet sind, daß sie bei eingerasteter mechanischer Kupplung (2) einander in vorbestimmtem Abstand gegenüber liegen, und wobei wenigstens eine der Kupplungskomponenten in Richtung auf die andere Kupplungskomponente zur Erzielung der Schließstellung der Kupplung (3;5) bewegbar ist. Hierbei zeichnet sich die Arbeitsmaschine dadurch aus, daß jeder Einzelanschluß der Fluidkupplung (3;5) separat betätigbar ist, und daß die Kupplungskomponenten (31,32; 51,52) zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern insbesondere durch Gelenklager lageeinstellbar gehalten sind. Damit wird eine vollautomatische und zuverlässige Ankopplung auch bei Fluchtungs- oder Toleranzfehlern der Kupplungskomponenten möglich. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine, insbesondere für Tiefbauarbeiten, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Schnellwechsel-Kupplungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruches 8 und ferner eine Fluidkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Derartige Arbeitsmaschinen finden häufig im Bauwesen, auf Steinbrüchen, in kommunalen Bauhöfen oder der Landwirtschaft Anwendung. Um sie vielseitig verwenden zu können, weisen diese Arbeitsmaschinen verschiedene Anbaugeräte auf, von denen jeweils eines an die Arbeitsmaschine angekoppelt und genutzt werden kann. Um einen schnellen Wechsel des Anbaugeräts mit geringem Aufwand erzielen zu können, sind die Ankopplungssysteme für die Herstellung der Verbindung zwischen der Arbeitsmaschine und dem Anbaugerät zumeist als Schnellwechsel-Kupplungssystem ausgebildet. Dieses kann mechanisch oder hydraulisch betätigbar sein, wobei zusätzlich wenigstens noch ein Sicherungsstift o.ä. zu betätigen ist, was von außerhalb des Führerhauses zu erfolgen hat.
In der Praxis werden ferner auch häufig Anbaugeräte verwendet, welche eine Druckmittelversorgung erfordern. Hierzu weisen diese Werkzeuge entsprechende Anschlüsse auf, die bei den derzeitigen Bauweisen von Hand an die Druckmittelversorgung der Arbeitsmaschine angeschlossen werden müssen. Dabei ist nachteilig, daß hierzu entweder eine zusätzliche Person erforderlich ist, oder der Bediener der Arbeitsmaschine sein Führerhaus verlassen muß. Damit ist ein erheblicher Personal- bzw. Zeitaufwand verbunden. Die Vorteile der automatischen mechanischen Ankopplung werden dadurch zum Teil wieder zunichte gemacht.
Besonders nachteilbehaftet sind diese Bauweisen insbesondere dann, wenn höhere Kräfte auf die Anbaugeräte übertragen werden sollen. Bei einem Steinbruchbagger können dann z. B. Druckmittelleitungen mit einem Durchmesser von mehreren Zoll erforderlich werden. Zudem sind die Kupplungskomponenten der Druckmittelkupplung häufig so angeordnet, daß sie schlecht zugänglich sind. Zum Teil liegen sie auch in einer Höhe, in der sie nicht ohne weiteres erreicht werden können. Da hier auch die Kupplungskomponenten ein entsprechendes Gewicht aufweisen, muß ein Anwender hohe Kräfte aufbringen, um die Fluidkupplung zu schließen. Dieser Vorgang ist daher problembeladen und sehr zeitaufwendig.
Weiter ist noch zu beachten, daß an derartigen Arbeitsmaschinen im Einsatz zum Teil hohe Kräfte auftreten, welche zu entsprechenden Zug- und Druckbelastungen am Kupplungssystem führen. Zudem können bei einseitiger Belastung auch Torsionskräfte auftreten.
Aus der DE 44 12 115 A1 ist eine Vorrichtung zum Anschluß einer Ausrüstung an eine Maschine, insbesondere eines Erntevorsatzes an eine Erntemaschine bekannt. Hierbei ist eine Antriebsverbindung mit einer ersten und zweiten Kupplungshälfte vorgesehen, welche für jeweils zusammengehörige elektrische, hydraulische, pneumatische und/oder mechanische Anschlüsse dient. Ferner weist diese Vorrichtung eine Arretiervorrichtung zur Festlegung der Ausrüstung an der Maschine auf. Bei dieser bekannten Bauweise ist es nun vorgesehen, daß die Antriebsverbindung getrennt von der Arretiervorrichtung ausgebildet und betreibbar ist. Hierbei wird die erste Kupplungshälfte von einem Träger linear beweglich und drehfest getragen und an der anderen, zweiten Kupplungshälfte zur Anlage gebracht, wobei die Kupplungshälften mittels Ausrichtmitteln zusammengeführt werden.
Obwohl diese Bauweise zu einer Vereinfachung des Ankoppelvorgangs einer Ausrüstung an eine Maschine geführt hat, haben sich jedoch weiterhin relevante Nachteile in der praktischen Anwendung ergeben. So haben Toleranz- und/oder Fluchtungsfehler der Anschlüsse der Antriebsverbindung den Ankoppelvorgang wesentlich erschwert. Insbesondere hat sich hier gezeigt, daß die zur Herstellung der Verbindung erforderliche Kraft aufgrund der Abweichungen ein derartiges Ausmaß annehmen kann, daß eine Beschädigung der Komponenten nicht ausgeschlossen werden kann. Ferner haben Toleranzfehler bei der Anbringung der einzelnen Kupplungskomponenten an den Kupplungshälften dazu geführt, daß Beschädigungen an den Komponenten durch Verspannungen in der Antriebsverbindung auftreten können. Dieses Verbindungssystem arbeitet daher nur bedingt zuverlässig und leidet an einer beschränkten Lebensdauer der Komponenten, wobei bei ungünstigen Fällen mit hohen Toleranz- und Fluchtungsabweichungen eventuell dennoch ein manuelles Eingreifen erforderlich ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Arbeitsmaschine mit einem Schnellwechsel-Kupplungssystem bereitzustellen, bei dem eine vollautomatische Ankopplung sowohl der mechanischen Kupplung als auch der wenigstens einen Fluidkupplung möglich ist, und bei der eine Korrektur insbesondere von Fluchtungsfehlern der Kupplungskomponenten im wesentlichen mit keinem zusätzlichen Kraftaufwand bei der Herstellung der Verbindung verbunden ist.
Diese Aufgabe wird durch Weiterbildung einer gattungsgemäßen Arbeitsmaschine mittels der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Die vorliegende Erfindung sieht somit erstmals vor, daß jeder Einzelanschluß der Fluidkupplung separat betätigbar ist, und daß die Kupplungskomponenten zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern insbesondere durch Gelenklager lageeinstellbar gehalten sind. Da erfindungsgemäß jeder Einzelanschluß somit unabhängig von anderen Einzelanschlüssen lageeinstellbar gehalten ist, spielen Toleranzabweichungen bei der Anordnung der einzelnen Anschlüsse an die jeweiligen Kupplungskomponente keine Rolle.
Von besonderem Vorteil ist bei der erfindungsgemäßen Bauweise, daß das Ausmaß eines Fluchtungsfehlers bzw. die Größe eines Versatzes im wesentlichen keinen Einfluß auf die erforderliche Kraft zum Herstellen der Verbindung bzw. auf die Genauigkeit der Verbindung hat, da jeder Einzelanschluß der Fluidkupplung separat betätigbar und dabei jede Kupplungskomponente lageeinstellbar ist.
Hieraus ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß der Ankupplungsvorgang in praktisch allen Fällen im wesentlichen unter gleichen Bedingungen und insbesondere mit dem gleichen Kraftaufwand durchgeführt werden kann. Weiter werden Beschädigungen bzw. ein Verschleiß der Kupplungskomponenten bzw. der Einzelanschlüsse so zuverlässig vermieden, so daß das Schnellwechsel-Kupplungssystem bzw. die Arbeitsmaschine eine wesentlich höhere Lebensdauer erzielen können. Gleichzeitig kann somit der Wartungsaufwand verringert werden.
Weiter läßt sich damit vorteilhafterweise ein sehr schneller Austausch von Anbauwerkzeugen mit sehr geringem Aufwand realisieren. Die Erfindung erlaubt hierzu erstmals auch eine praktikable automatische Ankopplung der wenigstens einen Fluidkupplung und damit eine Herstellung einer Druckmittelverbindung zwischen dem Anbauwerkzeug und der Arbeitsmaschine ohne manuelles Eingreifen. Dadurch verringern sich die Rüstzeiten für derartige Arbeitsmaschinen wesentlich.
Ferner ist zum Auswechseln des Werkzeugs in der Regel nur eine Person erforderlich, welche zudem im Führerhaus der Arbeitsmaschine verbleiben kann. Eine evtl. erforderliche zusätzliche Sicherung für die mechanische Ankopplung, wie z.B. ein Sicherungsstift, kann automatisch oder auch von Hand betätigt werden.
Die kurzen Umrüstzeiten für die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine ermöglichen es ferner, den Fuhrpark zu verkleinern. So kann insbesondere im Schwerlastbereich anstelle von zwei Arbeitsmaschinen mit unterschiedlichen Anbauwerkzeugen auch nur eine Arbeitsmaschine mit austauschbarem Anbauwerkzeug angewendet werden.
Zudem zeichnet sich die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine durch hohe Zuverlässigkeit aus, da die Fluidkupplung erst geschlossen wird, wenn nach dem Schließen der mechanischen Kupplung definierte Zuordnungen der Kupplungskomponenten der Fluidkupplung vorliegen. Dadurch werden mangelhafte Ankopplungen im Bereich der Fluidkupplung wirksam vermieden.
Das Schnellwechsel-Kupplungssystem der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine zeichnet sich zudem durch eine kompakte Bauweise aus.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn wenigstens eine der Kupplungskomponenten mittels eines Kugelgelenklagers gelagert ist. Dann kann in konstruktiv sehr einfacher Weise eine zuverlässige Lageeinstellbarkeit der Kupplungskomponente erzielt werden, da sich diese Art der Lagerung als besonders geeignet hierfür erwiesen hat. Sind beide Kupplungskomponenten mit einem Kugelgelenklager gelagert, so kann zum Beispiel auch bei versetzten Achsen oder großen Abweichungen eine zuverlässige und funktionsfähige Ankopplung erzielt werden. Dabei ist der konstruktive Aufwand für die Anordnung des Kugelgelenklagers gering. Weiter erfordert eine derartige Kupplung keinen großen Raum, wodurch die gesamte Anordnung in ihren Abmessungen gering gehalten werden kann. Derartige Kugelgelenklager werden zwar üblicherweise nicht axial belastet, wie dies im Rahmen der vorliegenden Erfindung beabsichtigt ist. Sie können jedoch, wie diesbezügliche Versuche ergeben haben, ausreichenden Axialdrücken standhalten, wenn eine umfangseitige Abstützung des Kugelkäfigs im Lagersitz gegeben ist. Daher eignen sich derartige Kugelgelenklager überraschenderweise für den erfindungsgemäßen Anwendungsfall.
Von weiterem Vorteil ist es, wenn die aufeinander zugerichtete Bewegung der Kupplungskomponenten eine Linearbewegung ist. Dadurch ist der konstruktive Aufwand zum Führen dieser Bewegung gering. Weiter läßt sich eine lineare Bewegung besser steuern als zum Beispiel eine Schwenkbewegung, wodurch eine zuverlässigere Abdichtung an der Fluidkupplung erzielbar ist. Insbesondere können so die Führungsflächen der Kupplungskomponenten exakt übereinander gleiten.
Vorteilhaft ist ferner, wenn die aufeinander zugerichtete Bewegung der Kupplungskomponenten druckmittelangetrieben ausführbar ist. Dadurch kann die Druckmittelversorgung der Arbeitsmaschine zusätzlich als Energiequelle zur Herstellung der Verbindung genutzt werden. Daher verringert sich der konstruktive Aufwand für die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine weiter. Zusätzliche Ansteuerungen, zum Beispiel mittels einem Elektromotor o.ä., sind daher nicht erforderlich, können jedoch ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, wenn eine Ansteuerung durch die Druckmittelversorgung der Arbeitsmaschine nicht zweckmäßig erscheint.
In der Praxis hat sich eine Bauweise als besonders vorteilhaft erwiesen, bei der eine der Kupplungskomponenten eine Kuppelhülse aufweist, welche im Zuge der Erzielung der Schließstellung der Kupplungskomponenten über eine federnd vorgespannte Muffe an der anderen Kupplungskomponente bewegbar ist, wobei in der Kuppelhülse ein Dichtkegel angeordnet ist, der federnd gegen einen Anschlag in der Kuppelhülse in Richtung auf die andere Kupplungskomponente vorgespannt ist, wobei in der Muffe ein starr an der Kupplungskomponente vorliegender Ventilkegel angeordnet ist, der als Anschlag für die Muffe dient, und wobei die Vorspannkraft an der Muffe derart gewählt ist, daß die Kuppelhülse und die Muffe im Zuge der Erzielung der Schließstellung der Kupplungskomponenten eine Fluiddichtung herstellen, bevor der Ventilkegel im Zusammenwirken mit dem Dichtkegel einen Fluiddurchtritt erlaubt, wenn die Kuppelhülse die Muffe gegen deren federnde Vorspannung verschiebt. Erfindungsgemäß ist es somit erstmals möglich, den Ankoppelvorgang in zwei Stufen zu gestalten, wobei in der ersten Stufe ein fluiddichter Abschluß zwischen der peripheren Fläche der Muffe und der Innenfläche der Kuppelhülse hergestellt wird. Die Dichtigkeit der Anordnung kann dabei durch Dichtringe und ähnliches weiter gesteigert werden. Um den Ankoppelvorgang zu erleichtern, können die Muffe und die Kuppelhülse mit komplementär ausgebildeten Flächen versehen sein, welche vorzugsweise wenigstens in Teilbereichen konisch ausgebildet sind, um ein besseres Ineinandergleiten zu ermöglichen.
Erst wenn diese erste
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Hilfsdichtung" bereitgestellt ist, wird der Fluidweg dadurch freigegeben, daß die Kuppelhülse die Muffe gegen die Vorspannung zur anderen Kupplungskomponente hin drückt, wodurch die dichtende Anlage im Bereich des Ventilkegels aufgehoben wird und Fluid zwischen den Ventilkegel und der Muffe hindurch treten kann. Da der Ventilkegel zudem starr an der Kupplungskomponente vorliegt, drückt er den federnd in der Kuppelhülse vorgespannten Dichtkegel derart weg vom Anschlag in der Kuppelhülse, daß der Fluiddurchtritt zwischen beiden Kupplungskomponenten möglich wird. Diese Ausgestaltungsweise hat den wesentlichen Vorteil, daß die Leckverluste sehr gering gehalten werden können, was insbesondere bei schweren Arbeitsmaschinen mit großen Fluiddurchsatz wie bei Steinbruchbaggern von wesentlicher Bedeutung ist.
Ferner hat sich diese spezielle Ausgestaltung der Fluidkupplung der Arbeitsmaschine als besonders geeignet in der Praxis erwiesen, da damit dauerhaft und zuverlässig Ankopplungsvorgänge vorgenommen werden können. Dabei ist der Wartungs- und Instandhaltungsaufwand sehr gering.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Arbeitsmaschine aufgezeigt, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß am Kupplungssystem ein zusätzliches Sperrglied angeordnet ist, welches im angekoppelten Zustand des Werkzeugs separat verriegelbar ist. Dieser Gesichtspunkt, der auch eigenständige Bedeutung aufweist, erlaubt eine zusätzliche Sicherung der Kupplungsverbindung, welche ebenfalls vollautomatisch ausgeführt werden kann. Dadurch können Sicherheitsvorschriften, zum Beispiel von Seiten der Tiefbauberufsgenossenschaft, gegen ein Versagen der normalen Kupplungseinrichtung noch besser Rechnung getragen werden. Insbesondere ist zum Verriegeln dieses zusätzlichen Sperrglieds kein manuelles Eingreifen am Kupplungssystem erforderlich, so daß dieses weiter vollautomatisch betätigbar ist. Dadurch lassen sich die oben ausgeführten Vorteile noch besser erzielen.
Indem das Sperrglied durch ein Druckmittel betätigbar ist, kann die am Kupplungssystem ohnehin vorhandene Energiequelle zum Verriegeln genutzt werden. Dadurch kann der konstruktive Aufwand gering gehalten werden.
Wenn das Sperrglied beim Ankoppeln automatisch verriegelbar ist, läßt sich sicherstellen, daß die Verriegelung des Sperrglieds nicht aus Versehen vergessen wird.
Dadurch, daß das Sperrglied beim Entkoppeln des Werkzeugs vorab separat entriegelt werden muß, wird zudem sichergestellt, daß ein unbeabsichtigtes Entkoppeln der üblichen mechanischen Kupplungselemente nicht möglich ist. Dadurch kann das Sperrglied seine Funktion als zusätzliche Sicherheitseinrichtung noch wirksamer erfüllen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Arbeitsmaschine aufgezeigt, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Kupplungskomponente des Kupplungssystems wenigstens ein Verriegelungselement aufweist, welches mit einem Verriegelungsbereich an der anderen Kupplungskomponente in definiertem, formschlüssigem Eingriff gelangt, wenn das Kupplungssystem geschlossen ist. Dadurch läßt sich eine exakte und zuverlässige Verbindung zwischen dem Anbauwerkzeug und der Arbeitsmaschine herstellen. Die Genauigkeit dieser Verbindung ist insbesondere für eine zuverlässige Verbindung im Bereich der Fluidkupplung von Vorteil. Weiter ergibt der formschlüssige Eingriff dieser mechanischen Kupplung eine zuverlässige Verbindungsweise bei geringem Konstruktionsaufwand. Zudem ist sie vollautomatisch realisierbar. Dieser Aspekt weist ebenfalls eigenständigen Charakter auf.
Dadurch, daß das Verriegelungselement und der Verriegelungsbereich in quaderförmiger Gestalt und mit einer aufeinander angepaßten schrägen Räche ausgebildet sind, erhöht sich die Zuverlässigkeit und Exaktheit der Ankopplung weiter. Insbesondere können die Kupplungskomponenten der Fluidkupplung nach dem Schließen der mechanischen Kupplung noch definierter zueinander vorliegen. Der vorbestimmte Abstand zwischen diesen Fluidkupplungskomponenten läßt sich so noch exakter einstellen, wobei ein seitlicher Versatz oder Schrägstellungen noch wirksamer vermieden werden.
Wenn das Verriegelungselement durch ein Druckmittel antreibbar ist, kann die am Kupplungssystem vorhandene Energiequelle genutzt werden, wodurch sich die Bauweise weiter vereinfacht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schnellwechsel-Kupplungssystem nach Anspruch 8 bereitgestellt. Mit diesem erfindungsgemäßen Schnellwechsel-Kupplungssystem läßt sich die erfindungsgemäße Aufgabe ebenfalls lösen, wobei die oben diskutierten Vorteile erzielbar sind. Es ist dabei an vielen Bauweisen von Arbeitsmaschinen nachrüstbar. Zudem kann das Schnellwechsel-Kupplungssystem mit den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 7 weiter gebildet werden, wobei sich die entsprechenden Vorteile erzielen lassen.
Ferner wird im Rahmen der Erfindung gemäß Anspruch 10 eine Fluidkupplung insbesondere für eine Arbeitsmaschine bereitgestellt. Diese Fluidkupplung eignet sich besonders für ein Schnellwechsel-Kupplungssystem, da dauerhaft und zuverlässig Ankopplungsvorgänge in hoher Zahl vorgenommen werden können. Darüber hinaus ist diese Fluidkupplung jedoch auch für beliebige andere Fluidverbindungen anwendbar, d.h. dieser Aspekt weist eigenständigen Charakter auf.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1
eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schnellwechsel-Kupplungssystems für eine Arbeitsmaschine in einer Stellung mit geöffneter Fluidkupplung;
Fig. 2
eine Schnittansicht des Schnellwechsel-Kupplungssystems gemäß Fig. 1 in einer Zwischenstellung;
Fig. 3
eine Schnittansicht des Schnellwechsel-Kupplungssystems gemäß Fig. 1 in einer Stellung mit geschlossener Fluidkupplung;
Fig. 4
eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schnellwechsel-Kupplungssystems für eine Arbeitsmaschine gemäß der Linie I-I in Fig. 6, wobei nur die Bauteile der Fluidkupplung dargestellt sind und diese im entkoppelten Zustand gezeigt ist;
Fig. 5
das erfindungsgemäße Schnellwechsel-Kupplungssystem gemäß Fig. 4 mit geschlossener Fluidkupplung;
Fig. 6
eine Draufsicht gemäß der Linie III-III in Fig. 4;
Fig. 7
eine Seitenansicht eines Teils einer Kupplungskomponente gemäß dem Pfeil IV in Fig. 4;
Fig. 8
eine Seitenansicht eines Teils der anderen Kupplungskomponente gemäß dem Pfeil V in Fig. 4;
Fig. 9
eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine mit Schnellwechsel-Kupplungssystem;
Fig. 10
die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine gemäß Fig. 9 in einer Zwischenstellung mit geschlossener mechanischer Kupplung und nicht geschlossener Fluidkupplung;
Fig. 11
die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine gemäß Fig. 9 im vollständig angekoppelten Zustand;
Fig. 12
eine Detailansicht der Fluidkupplung in der zweiten Ausführungsform;
Fig. 13
eine Draufsicht auf die Fluidkupplung gemäß Fig. 12;
Fig. 14
eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine mit zusätzlichem Verriegelungselement; und
Fig. 15
eine Draufsicht auf das Kupplungssystem gemäß Fig. 14.
In den Figuren 1 bis 8 sind eine erste und zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schnellwechsel-Kupplungssystems 1 dargestellt. Dieses weist eine mechanische Kupplung 2 und eine Fluidkupplung 3 auf, wobei eine Ausführungsform der mechanischen Kupplung 2 nur in den Figuren 9 bis 15 dargestellt ist.
Zunächst wird anhand der Figuren 1 bis 3 die erste Ausführungsform der Fluidkupplung 3 erläutert. Fig. 1 zeigt hierbei die Stellung mit offener Fluidkupplung, während Fig. 2 eine Zwischenstellung wiedergibt, und Fig. 3 die geschlossene Fluidkupplung darstellt.
Gemäß der Darstellung in den Fig. 1 bis 3 weist die Fluidkupplung 3 eine maschinenseitige Kupplungskomponente 31 und eine werkzeugsseitige Kupplungskomente 32 auf.
Die maschinenseitige Kupplungskomponente 31 ist mit dem Kolben eines Hydraulikzylinders 33 derart verbunden, daß die Kupplungskomponente 31 linear aus- bzw. einfahrbar ist. Der Hydraulikzylinder 33 ist seinerseits über ein erstes Kugelgelenklager 34 schwenkbar mit einer ersten Halterung 35 verbunden, mittels der die Kupplungskomponente 31 maschinenseitig angekoppelt ist.
Die werkzeugseitige Kupplungskomponente 32 ist andererseits über ein zweites Kugelgelenklager 36 gelenkig mit einer zweiten Halterung 37 verbunden, welche an das Werkzeug angeschraubt ist. Die Kupplungskomponenten 31 bzw. 32 sind dabei jeweils über drei gleichmäßig am Umfang verteilte Stützen an der Halterung 35 bzw. 37 befestigt.
Die maschinenseitige Kupplungskomponente 31 weist eine Kuppelhülse 31a auf, welche auf eine Basisplatte 31b aufgeschraubt ist, die mit dem Kolben des Hydraulikzylinders 33 verbunden ist. Die Kuppelhülse 31a ist im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und an dem der werkzeugseitigen Kupplungskomponente 32 zugewandten Ende mit konischen Flächen und Dichtringen versehen, welche in ihrer Gestalt auf eine Muffe 32a der Kupplungskomponente 32 angepaßt sind. Ferner weist die Kuppelhülse 31a innenliegend einen Vorsprung 31c auf, welcher auf der der Kupplungskomponente 32 abgewandten Seite eine konische Dichtfläche ausbildet. An dieser liegt in den Stellungen gemäß der Fig. 1 und 2 ein Dichtkegel 31d fluiddicht an, der zudem mittels einer Feder 31e gegen den Vorsprung 31c vorgespannt ist.
Auf der der zweiten Kupplungskomponente 32 zugewandten Seite ist der Vorsprung 31c derart ausgebildet, daß er eine im wesentlichen senkrecht zur Verbindungsrichtung der Fluidkupplung vorliegende Anschlagfläche ausbildet, die im Zentrum ein Durchgangsloch mit einem vorbestimmten Durchmesser aufweist. Die Kuppelhülse 31a weist ferner noch eine Fluidzuführung 31f auf.
Die Kupplungskomponente 32 weist neben der Muffe 32a einen Ventilkegel 32b auf, der starr an der Kupplungskomponente 32 angekoppelt ist, während die Muffe 32a mittels einer Feder 32c gegen eine konische Räche des Dichtkegels 32b federnd vorgespannt ist. Hierzu ist der Ventilkegel 32b an seinem der maschinenseitigen Kupplungskomponente 31 zugewandten Ende derart ausgebildet, daß der größte Durchmesser größer als ein Durchgangsloch in der Muffe 32a ist. Die konische Räche des Ventilkegels 32b bildet dabei zusammen mit der entsprechend ausgebildeten konischen Fläche an der Muffe 32a ein Ventil.
Die Kupplungskomponente 32 weist ferner Dichtelemente in Gestalt von O-Ringen auf, welche eine Fluidabdichtung nach außen bewirken und dennoch eine gleitende Bewegung der Muffe 32a zulassen. Darüber hinaus weist die Muffe 32a an seinem Außenumfang an dem der maschinenseitigen Kupplungskomponente 31 zugewandten Ende eine Abschrägung auf, welche die Einfügung in die Kuppelhülse 31a der maschinenseitigen Kupplungskomponente 31 erleichtert. Der Außendurchmesser der Muffe 32a ist dabei derart auf den Innendurchmesser der Kuppelhülse 31a in diesem Bereich angepaßt, daß eine fluiddichte Verbindung möglich ist.
Ferner ist die Federkraft der Feder 32c derart gewählt, daß sie erst überwunden wird, wenn die Stirnseite der Muffe 32a gegen die Anschlagfläche des Vorsprunges 31c der Kuppelhülse 31a stößt. Dies wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.
In Fig. 1 ist die Fluidkupplung 3 in geöffnetem Zustand dargestellt. Die Kuppelhülse 31a befindet sich dabei in einem vorbestimmten Abstand von z. B. 5 mm vor der Muffe 32a. Diese vorbestimmte Relativstellung der Kupplungskomponenten 31 und 32 zueinander liegt bei eingerasteter mechanischer Kupplung des Schnellwechsel-Kupplungssystems vor.
Der Dichtkegel 31d wird dabei mittels der Feder 31e derart gegen die konische Fläche des Vorsprungs 31c gedrückt, daß kein Fluidübergang möglich ist. Gleichermaßen wird die Muffe 32a mittels der Feder 32c derart gegen den Ventilkegel 32b gedrückt, daß auch werkzeugseitig ein fluiddichter Abschluß vorliegt.
Zum Schließen der Fluidkupplung 3 wird nun der Hydraulikzylinder 33 derart betätigt, daß die maschinenseitige Kupplungskomponente 31 auf die werkzeugseitige Kupplungskomponente 32 zubewegt wird. Ein Zwischenzustand während der Ankopplung ist in Fig. 2 dargestellt. In diesem Zustand übergreift die Kuppelhülse 31a die Muffe 32a derart vollständig, daß die Stirnseite der Muffe 32a an der Anschlagfläche des Vorsprunges 31c anliegt. Die Fluidübergänge am Dichtkegel 31d bzw. Ventilkegel 32b sind dabei jedoch weiterhin geschlossen. In diesem Zustand ist eine fluiddichte Abdichtung zwischen der Muffe 32a und der Kuppelhülse 31a gegeben.
Wird nun die Fluidkupplung 3 vollständig geschlossen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, so drückt die Kuppelhülse 31a die Muffe 32a mittels der Anschlagfläche am Vorsprung 31c derart in Richtung zur werkzeugseitigen Kupplungskomponente 31, daß der Fluiddurchgang zwischen der Muffe 32a und dem Ventilkegel 32b geöffnet wird. Da der Dichtkegel 31d gegen den Ventilkegel 32b in Anlage kommt, wird der Dichtkegel 31d gegen die Kraft der Feder 31e derart von der konischen Fläche des Vorsprunges 31c abgehoben, daß ein Fluiddurchgang durch die Fluidkupplung 3 möglich ist. Der vorbestimmte Durchmesser des zentrischen Durchgangslochs am Vorsprung 31c ist dabei auf den maximalen Durchmesser des Ventilkegels 32b angepaßt.
Da die Fluidkupplung 3 zum Zeitpunkt der Öffnung der Fluidwege hier bereits durch den formschlüssigen und abgedichteten Eingriff der Muffe 32a und der Kuppelhülse 31a fluiddicht abgedicht ist, kann ein Leckfluidverlust weitestgehend vermieden werden.
Das Öffnen der Fluidkupplung 3 wird in der umgekehrten Reihenfolge ausgeführt, wobei beim Zurückziehen der Kuppelhülse 31a zuerst die Fluidwege im Bereich des Ventilkegels 32b bzw. des Dichtkegels 31d geschlossen werden, bevor die Fluiddichtung zwischen der Muffe 32a und der Kuppelhülse 31a aufgehoben wird.
Nachfolgend wird nun anhand der folgenden Fig. 4 bis 8 eine weitere Ausführungsform der Fluidkupplung 3 erläutert.
Die in den Figuren 4 und 5 dargestellte Fluidkupplung 3 gemäß der zweiten Ausführungsform weist die maschinenseitige Kupplungskomponente 31 und die werkzeugseitige Kupplungskomponente 32 auf. In Fig. 4 ist die Fluidkupplung 3 im entkoppelten Zustand dargestellt, während Fig. 5 den gekoppelten Zustand zeigt.
Die maschinenseitige Kupplungskomponente 31 ist mit dem Kolben des Hydraulikzylinders 33 derart verbunden, daß die Kupplungskomponente 31 linear aus- bzw. einfahrbar ist. Der Hydraulikzylinder 33 ist seinerseits über das erste Kugelgelenklager 34 mit der ersten Halterung 35 schwenkbar verbunden. Die erste Halterung 35 weist eine Anbauplatte 351 auf und kann durch Verschrauben an eine maschinenseitige Kupplung angekoppelt werden.
Die werkzeugseitige Kupplungskomponente 32 ist ihrerseits über das zweite Kugelgelenklager 36 gelenkig mit der zweiten Halterung 37 verbunden. Die zweite Halterung 37 weist eine Anbauplatte 371 auf und kann an das Werkzeug angeschraubt werden.
Die maschinenseitige Kupplungskomponente 31 weist ein Kupplungselement 311 und eine Zentrierhülse 312 auf. Ferner weist die werkzeugseitige Kupplungskomponente 32 eine Gegenkupplung 321 und eine Gegenhülse 322 auf.
Das Kupplungselement 311 und die Gegenkupplung 321 sind in dieser Ausführungsform handelsübliche Kupplungskomponenten, wobei an einem oder beiden Elementen das Gewinde abgedreht ist. Dadurch ist ein lineares Übereinandergleiten des Kupplungselements 311 über die Gegenkupplung 321 möglich, ohne daß hierzu eine Verdrehung erforderlich ist.
Die koaxial um das Kupplungselement 311 und die Gegenkupplung 321 angeordneten Zentrierhülsen 312 und 322 sind in ihren Durchmessern derart aufeinander abgestimmt, daß die Gegenhülse 322 exakt in der Zentrierhülse 312 geführt wird. Hierzu weisen sowohl die Zentrierhülse 312 als auch die Gegenhülse 322 an dem aufeinander zuweisenden Endbereich jeweils eine Abschrägung auf, welche bei Toleranzabweichungen ein exaktes Einfädeln ermöglichen. Weiter erlauben die Kugelgelenklager 34 und 36 hierzu eine Verschwenkung der jeweiligen Kupplungskomponente 31 bzw. 32.
Die Zentrierhülsen 312 und 322 sind aus Metall und gehärtet sowie an ihren Gleitflächen geschliffen.
Die Gegenhülse 322 ist auf einen Flansch 323 aufgeschraubt. Dieser Flansch 323 stützt sich am zweiten Kugelgelenklager 36 ab und ist zusammen mit einem Anschlußblock 324 daran verschwenkbar gelagert. Der Anschlußblock 324 durchgreift das Kugelgelenklager 36 und weist einen seitlichen Anschluß 325 für eine Hydraulikversorgung auf.
Im Bereich der maschinenseitigen Kupplungskomponente 31 ist die Zentrierhülse 312 an einen Anschlußkörper 313 angeschraubt. Der Anschlußkörper 313 weist seinerseits einen seitlichen Hydraulikanschluß 314 auf.
Zudem ist der Anschlußkörper 313 starr mit einem Kolben 331 des Hydraulikzylinders 33 verbunden. Der Hydraulikzylinder 33 ist ferner mit einem Bund 332 versehen, der im Durchmesser derart groß ausgebildet ist, daß er sich am Kugelgelenklager 34 abstützt. Durch diesen Bund 332 ist zudem eine Druckmittelversorgung 333 ausgebildet, welche zum Zurückfahren des Kolbens 331 in den Hydraulikzylinder 33 beaufschlagt wird. Über eine weitere Druckmittelversorgung 334 kann der Hydraulikzylinder 33 derart beaufschlagt werden, daß er den Kolben 331 ausfährt, wodurch die Fluidkupplung 3 schließbar ist.
Die erste Halterung 35 weist die Anbauplatte 351, vier Stützen 352 und eine Lagerung 353 auf. Die Lagerung 353 umfaßt das erste Kugelgelenklager 34 und stützt dieses ab. In Axialrichtung ist ein Käfig 341 des ersten Kugelgelenklagers 34 dabei durch eine Stufe in der Lagerung 353 und einen Flanschring 354 gehalten. Analog weist die zweite Halterung 37 die Anbauplatte 371, vier Stützen 372, eine Lagerung 373 und einen Flanschring 374 auf. Dabei wird ein Käfig 361 des zweiten Kugelgelenklagers 36 in Axialrichtung durch die Lagerung 373 und den Flanschring 374 gehalten.
Weiter ist ein mit dem Anschlußkörper 313 verbundenes Stützteil 355 über zwei Federeinrichtungen 356 elastisch an die Lagerung 353 angekoppelt. Ein Hülsenabschnitt 357 des Stützteils 355 wirkt dabei ferner auf ein Schwenkteil 342 des Kugelgelenklagers 34. Analog ist ein mit dem Anschlußblock 324 verbundenes Stützteil 375 über zwei Federeinrichtungen 376 elastisch mit der Lagerung 373 verbunden. Der Stützteil 375 stützt sich zudem gegen ein Schwenkteil 362 des zweiten Kugelgelenklagers 36 ab.
Die Federeinrichtungen 356 und 376 sind als elastische Hülsen mit einer vorbestimmten Härte ausgebildet, die auf Metallstifte aufgesteckt werden. Sie dabei derart vorgespannt, daß die Schwenkteile 342 und 362 im entkoppelten Zustand der Fluidkupplung 3 immer in einer Mittelstellung vorliegen. Dadurch liegen auch die Kupplungskomponenten 31 und 32 im entkoppelten Zustand in einer Mittelstellung vor. In Fig. 6 ist die Anordnung der Federeinrichtungen 356 bzw. 376 strichliert in einer Draufsicht angedeutet.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des Schnellwechsel-Kupplungssystems 1 erläutert.
Nach dem Schließen der mechanischen Kupplung und dem damit erfolgten mechanischen Ankoppeln eines Anbauwerkzeugs an die Arbeitsmaschine liegen die Kupplungskomponenten 31 und 32 der Fluidkupplung 3 in der in Fig. 4 dargestellten voneinander beabstandeten Weise zueinander vor. In dieser Lage wird nun der Hydraulikzylinder 33 über die Druckmittelversorgung 334 mit Fluid beaufschlagt, wodurch der Kolben 331 aus dem Hydraulikzylinder 33 ausfährt. Dadurch wird auch die maschinenseitige Kupplungskomponente 31 linear in Axialrichtung bewegt. Die Zentrierhülse 312 gelangt schließlich in Eingriff mit der Gegenhülse 322, wodurch das Kupplungselement 311 und die Gegenkupplung 321 exakt aufeinander zugeführt werden. Schließlich gelangen auch das Kupplungselement 311 und die Gegenkupplung 321 miteinander in Eingriff und schließen sich. Damit ist die Fluidkupplung 3 geschlossen und eine Druckmittelversorgung für das Anbaugerät hergestellt.
Zum Öffnen der Fluidkupplung 3 wird der Hydraulikzylinder 33 über die Druckmittelversorgung 333 derart mit Fluid beaufschlagt, daß der Kolben 331 eingezogen wird.
Liegen nun das Kupplungselement 311 und die Gegenkupplung 321 zueinander versetzt oder verkantet vor, so bewirken die Zentrierhülsen 312 bzw. 322 ein derartiges Verschwenken um die Kugelgelenklager 34 und 36, daß die Kupplungskomponenten 31 und 32 beim Schließvorgang dennoch exakt in Eingriff gelangen.
Ferner weisen das Kupplungselement 311 und/oder die Gegenkupplung 321 zusätzliche Dichteinrichtungen wie O-Ringe und dergleichen auf, um eine Dichtheit herzustellen.
Um die Fluidkupplung 3 geschlossen zu halten, wird die Druckmittelversorgung 334 im Einsatzfall beständig mit Druckmittel beaufschlagt, damit der Hydraulikzylinder 33 eine ausreichende Schließkraft beibehält.
In Fig. 9 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schnellwechsel-Kupplungssystems 1 dargestellt.
Die hier gezeigte mechanische Kupplung 2 besteht aus zwei zueinander beabstandeten und miteinander verbundenen Armen 21, von denen hier nur einer gezeigt ist. Ein Greifabschnitt 211 des Arms 21 greift beim Ankoppeln in einen Bolzen 41 eines Anbauwerkzeugs 4 ein. Dabei ist der Arm 21 um den Bolzen 41 schwenkbar und kippt während dem Ankoppelvorgang derart, daß das dem Greifabschnitt 211 gegenüberliegende Ende des Arms 21 fluchtend zu einem Verriegelungsbereich 42 am Werkzeug 4 zu liegen kommt. Dieser Zustand ist in Fig. 10 und 11 dargestellt. Ein Verriegelungselement 212 wird in diesem Zustand derart hydraulisch betätigt, daß es ausfährt und mit dem Verriegelungsbereich 42 in Eingriff gelangt. Dabei sind das Verriegelungselement 212 und der Verriegelungsbereich 42 gleichermaßen mit einer Schräge versehen, welche einen exakten Eingriff ermöglichen.
Das Schnellwechsel-Kupplungssystem 1 gemäß dieser Ausführungsform weist eine Fluidkupplung 5 auf, welche auf einem anderen Konzeptionsprinzip basiert, wie die Fluidkupplung 3 in der ersten Ausführungsform.
Eine werkzeugseitige Kupplungskomponente 51 ist über eine Halteeinrichtung 511 an das Werkzeug 4 angekoppelt. Eine maschinenseitige Kupplungskomponente 52 ist über einen Hebelarm 521 mit einer Halterung 522 verbunden. Die Halterung 522 weist hierbei einen Hydraulikzylinder 523 und eine Führung 524 auf, wodurch der Hebelarm 521 linear längs der Achse des Hydraulikzylinders 523 geführt verschiebbar ist.
Die werkzeugseitige Kupplungskomponente 51 ist in den Figuren 12 und 13 detaillierter dargestellt. Sie weist ein Langloch 512 auf, in welches ein in der Halteeinrichtung 511 gehaltener Bolzen quer zur Längsachse der Kupplungskomponente 51 gelagert ist. Die Kupplungskomponente 51 ist mittels einem Druckteil 514 und einer Feder 515 in Axialrichtung elastisch vorgespannt. In einer Querrichtung ist die Kupplungskomponente 51 zudem über zwei Stifte 516 und 517 ebenfalls federnd vorgespannt. Die Stifte 516 und 517 sind dabei so angeordnet, daß sie beidseits der Schwenkachse um den Bolzen 513 liegen, so daß die Kupplungskomponente 51 in einer Mittellage gehalten wird, wenn die Fluidkupplung 5 nicht geschlossen ist. Über weitere Einrichtungen 518 ist die Kupplungskomponente 51 zudem in Längsrichtung des Bolzens 513 elastisch vorgespannt.
Weiter weisen die Kupplungskomponenten 51 und 52 Faltenbälge 53 und 54 oder dgl. auf, welche die Kupplungselemente vor Verschmutzungen usw. schützen.
Nachfolgend wird die Funktionsweise dieser Ausführungsform des Schnellwechsel-Kupplungssystems 1 erläutert.
Gemäß der Darstellung in Fig. 9 greift der Greifabschnitt 211 in den Bolzen 41 des Anbauwerkzeugs 4 ein, wobei der Arm 21 weiter so geschwenkt wird, daß das Verriegelungselement 212 in den Verriegelungsbereich 42 eingefahren werden kann. Dann liegt die Anordnung wie in Fig. 10 dargestellt ist vor. Hierbei stehen die Kupplungskomponenten 51 und 52 einander in einem vorbestimmten Abstand gegenüber.
Gemäß der Darstellung in Fig. 11 wird der Kolben des Hydraulikzylinders 523 dann derart eingefahren, daß die Kupplungskomponente 52 auf die Kupplungskomponente 51 aufsetzt und die Hydraulikverbindung schließt. Hierzu weisen die Kupplungselemente konische Dichtflächen auf, wodurch sich eine gut abgedichtete Verbindung zwischen den Kupplungskomponenten 51 und 52 ergibt. Zusätzlich sind noch O-Ringe und dergleichen zur Abdichtung gegenüber Leckverlusten vorgesehen.
Zum Lösen der Verbindung wird der Kolben des Hydraulikzylinders 523 wieder ausgefahren.
In den Figuren 14 und 15 ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hier ist zwischen den Armen 21 der mechanischen Kupplung 2 ein zusätzliches Sperrglied 6 angeordnet, welches beim Schließen der mechanischen Kupplung 2 automatisch einrastet und eine zusätzliche Absicherung gegenüber ein unbeabsichtigtes Entkoppeln bietet. Das Sperrglied ist dabei hakenförmig ausgebildet und umgreift den Bolzen 41 des Anbauwerkzeugs 4 im eingekoppelten Zustand formschlüssig. Hierzu wird das Sperrglied 6 beim Ankoppeln durch einen Hydraulikzylinder 61 verschwenkt.
Beim Entriegeln der mechanischen Kupplung 2 muß das Sperrglied 6 separat ausgelöst werden. Damit wird sichergestellt, daß ein unbeabsichtigtes Entkoppeln der mechanischen Kupplung 2 zu einem vollständigen Lösen des Anbauwerkzeugs 4 führt. Dieses Lösen ist somit erst nach einem bewußten Eingriff des Bedieners möglich.
Die Erfindung läßt neben den hier aufgezeigten Ausführungsformen weitere Gestaltungsansätze zu.
So kann es bei einigen Anwendungsfällen ausreichend sein, nur eine Kupplungskomponente lageeinstellbar auszubilden, wie dies bereits in der Ausführungsform gemäß Fig. 9 zum Ausdruck kommt.
Ferner kann jede der Kupplungskomponenten verformbar gehalten sein, so daß Toleranz- und Fluchtungsfehler wirksam ausgeglichen werden können. Die Verform einer Kupplungskomponente ist insbesondere bei Arbeitsmaschinen mit geringerer Kraftübertragung und zum Beispiel Kupplungskomponenten aus Kunststoff von Vorteil. Der größere konstruktive Aufwand für die Lageeinstellbarkeit ist insbesondere bei schweren Arbeitsmaschinen mit größeren Toleranzbereichen und elastischen Beanspruchungen am Kupplungssystem sachgerecht. Welche Möglichkeit zum Ausgleich dieser Fluchtungsfehler bei der jeweiligen Arbeitsmaschine angewendet wird, hängt somit von den Einsatzbedingungen ab. Dadurch läßt sich auch eine gute Anpassung an die jeweiligen Einsatzfälle erzielen.
Zudem kann wenigstens eine der Kupplungskomponenten zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern schwimmend gelagert sein, wodurch ein zuverlässiger und guter Ausgleich von Toleranzabweichungen erzielt wird. Die aufgezeigten schwimmenden Lagerungen können bei sehr geringen Fluchtungsfehlern auch durch Formelastizität der Kupplungskomponenten hergestellt werden.
Alternativ kann zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern auch wenigstens eine der Kupplungskomponenten auf einer Exzenterscheibe gelagert sein. Auch diese Bauweise zeichnet sich durch ihre Einfachheit und Zuverlässigkeit aus.
Als weitere Alternative ist es auch möglich, daß wenigstens eine der Kupplungskomponenten mittels einer Langloch-Bolzen-Verbindung in einer Ebene begrenzt verschiebbar und in einer senkrechten Ebene hierzu drehbar angeordnet ist. Auch damit ist ein zuverlässiger Fluchtungsfehlerausgleich möglich.
Wenn bei letzterer Alternative zudem wenigstens eine der Kupplungskomponenten durch ein Federpaar in Bolzenlängsrichtung elastisch versetzbar ist, können auch Toleranzabweichungen quer zur Verbindungsrichtung wirksam ausgeglichen werden.
Dadurch, daß wenigstens eine der Kupplungskomponenten durch ein Federpaar in Bolzenquerrichtung elastisch um den Bolzen schwenkbar ist, kann zudem eine Schrägstellung einer der Kupplungskomponenten ausgeglichen werden, wodurch ein Verkanten beim Ankoppeln wirksam vermieden wird. Dies erhöht die Zuverlässigkeit der Fluidkupplung dieser Ausführugnsform weiter.
Indem wenigstens eine der Kupplungskomponenten mittels einer Federeinrichtung an der Langloch-Bolzen-Verbindung in einer Ebene in Verbindungsrichtung begrenzt elastisch verschiebbar ist, können auch Toleranzabweichungen in Axialrichtung der Kupplungskomponenten ausgeglichen werden. Die Zuverlässigkeit der Fluidkupplung erhöht sich dadurch weiter.
Das kompliziertere Teil mit dem Hydraulikzylinder kann wahlweise an der maschinenseitigen Kupplung oder am Anbauwerkzeug angeordnet sein. Bevorzugt ist dabei ein Anbringen am Anbauwerkzeug, da das Baufahrzeug auch andere rein manuelle Anbauten wie zum Beispiel eine Schaufel führen kann. Damit soll eine Beschädigung der Fluidkupplung vermieden werden.
Die Zentrierhülsen können ferner auch aus Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material ausgebildet sein.
Die Betätigung der Fluidkupplung des erfindungsgemäßen Schnellwechsel-Kupplungssystems kann auch pneumatisch oder elektrisch erfolgen.
Ferner können die Kupplungskomponenten aufeinander abgestimmte Gewindeabschnitte, insbesondere mit einem Steilgewinde, aufweisen, wobei eine aufeinander zugerichtete Linearbewegung der Kupplungskomponenten in eine Drehbewegung wenigstens einer der Kupplungskomponenten überführbar ist. Dadurch wird die Zuverlässigkeit und Stabilität der Verbindung zwischen den Kupplungskomponenten weiter erhöht. Die Gewindeabschnitte bewirken dabei aufgrund der Selbsthemmung eines Gewindes eine zuverlässige Festlegung der Kupplungskomponenten aneinander, was insbesondere bei hohen Drücken von Vorteil ist. Die Verbindung an der Fluidkupplung ist dadurch noch stabiler.
Wenn die Kupplungskomponenten im zusammengekoppelten Zustand mittels einer Magneteinrichtung, z.B. einem ansteuerbaren Elektromagneten, aneinander festgelegt sind, erhöht sich die Zuverlässigkeit der Ankopplung weiter. Ein unerwünschtes Entkoppeln der Fluidkupplung aufgrund des Fluiddrucks kann so noch wirkungsvoller vermieden werden.
Indem jede Kupplungskomponente mit einer Zentriereinrichtung, insbesondere einer Zentrierhülse, ausgebildet ist, wobei die Zentriereinrichtungen derart aufeinander abgestimmt sind, daß ein geführtes Ineinandergreifen der Kupplungskomponenten erfolgt, wird ein zuverlässiger Eingriff der Kupplungskomponenten während der Herstellung der Verbindung erzielt. Die Zentriereinrichtungen führen die Kupplungselemente der Kupplungskomponenten flucht- und lagegerecht aufeinander zu, bevor diese wirksam aufeinander abgleiten. Dadurch können Kopplungsfehler noch besser vermieden werden. Weiter werden Beschädigungen an den Kupplungskomponenten aufgrund eines nicht exakten Ineinandergreifens noch zuverlässiger verhindert. Dadurch erhöht sich die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der Fluidkupplung weiter.
Wenn die Zentriereinrichtungen aus einem gehärteten und/oder geschliffenen Metall ausgebildet sind, zeichnen sie sich durch noch größere Dauerhaftigkeit und Zuverlässigkeit aus. Insbesondere können dadurch Ungenauigkeiten beim Ineinandergreifen der Kupplungskomponenten auch auf lange Zeit wirksam verhindert werden, da Abnützungen der Zentriereinrichtungen vermieden werden.
Von Vorteil ist es ferner, wenn wenigstens eine der Kupplungskomponenten eine elastische Einrichtung, insbesondere wenigstens eine Gummifeder, aufweist, die dazu dient, die verformbar- bzw. lageeinstellbar gehaltene Kupplungskomponente in einer mittleren Stellung zu halten. Dadurch wird erreicht, daß jede Kupplungskomponente bei einer beabsichtigten Anbindung an ein Anbauwerkzeug in einer neutralen Mittellage vorliegt und somit in jeder Richtung der maximale Bereich zum Ausgleich von Toleranzen gegeben ist. Ein Verharren einer Kupplungskomponente zum Beispiel in einer Schräglage aufgrund der Gegebenheiten eines vorangegangenen Anbauwerkzeugs kann so noch wirksamer vermieden werden.
Dadurch, daß die Kupplungskomponenten jeweils mit einer Anbauplatte ausgebildet sind, welche an die maschinenseitige Kupplung bzw. am Werkzeug ankoppelbar sind, wird eine einfache Nachrüstung bestehender Kupplungssysteme ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Schnellwechsel-Kupplungssystem 1 kann auch an anderen Fahrzeugen wie zum Beispiel Lastkraftwagen u.ä. oder an Werkzeugen wie Hydraulikhämmern etc. eingesetzt werden.
Anstelle von Kugelgelenklagern können auch Kardangelenke oder andere Lagerungen treten.
Die Erfindung stellt zudem eine Fluidkupplung bereit, die auch unabhängig vom erfindungsgemäßen Schnellwechsel-Kupplungssystem 1 bzw. der erläuterten Arbeitsmaschinen angewendet werden kann. Die Fluidkupplung läßt sich daher an beliebigen Fluidverbindungsanordnungen anwenden.
Die Erfindung schafft somit eine Arbeitsmaschine und insbesondere ein Schnellwechsel-Kupplungssystem 1 für eine Arbeitsmaschine, welches zum Ankoppeln verschiedener druckmittelangetriebener Werkzeuge 4 dient. Das Schnellwechsel-Kupplungssystem 1 weist eine mechanische Kupplung 2 und eine Fluidkupplung 3 bzw. 5 auf. Nach dem Schließen der mechanischen Kupplung liegen die Kupplungskomponenten 31 und 32 bzw. 51 und 52 der Fluidkupplung 3 bzw. 5 in einem vorbestimmten Abstand und im Idealfall fluchtend gegenüber. Erfindungsgemäß ist dann eine der Kupplungskomponenten in Richtung auf die andere Kupplungskomponente zur Erzielung der Schließstellung der Kupplung 3 bzw. 5 bewegbar, und in dieser Bewegung hydraulisch antreibbar.
Insbesondere schafft die Erfindung eine Arbeitsmaschine bzw. ein Schnellwechsel-Kupplungssystem 1 für eine Arbeitsmaschine, bei dem eine Fluidkupplung unabhängig von einer mechanischen Kupplung betätigt werden kann, wobei jeder Einzelanschluß der Fluidkupplung separat betätigbar ist und die Kupplungskomponenten zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern insbesondere durch Gelenklager lageeinstellbar gehalten sind. Damit wird erreicht, daß Montagetoleranzen zwischen mehreren Einzelanschlüssen einer Fluidkupplung keine Auswirkung auf die Qualität der Ankopplung ausüben. Insbesondere wird dabei jedoch erreicht, daß Fluchtungsfehler zwischen den Kupplungskomponenten mittels der Gelenklager zuverlässig ausgeglichen werden können. Damit wird weiter erreicht, daß die Größe des Versatzes der Kupplungskomponenten keinen wesentlichen Einfluß auf die erforderliche Kraft zum Herstellen der Verbindung bzw. auf die Genauigkeit der Verbindung hat. Die erfindungsgemäße Fluidkupplung bzw. das erfindungsgemäße Schnellwechsel-Kupplungssystem und eine damit ausgerüstete Arbeitsmaschine zeichnen sich daher durch geringen Wartungs- und Instandhaltungsaufwand bei großer Zuverlässigkeit und Lebensdauer auf. Ferner ist es damit möglich, auch druckmittelangetriebene Anbauwerkzeuge 4 vollautomatisch an eine Arbeitsmaschine anzukoppeln. Der Personal- und Zeitaufwand zum Entkoppeln eines Anbauwerkzeugs und Ankoppeln eines anderen Anbauwerkzeugs an die Arbeitsmaschine verringert sich dadurch wesentlich.

Claims (10)

  1. Arbeitsmaschine, insbesondere für Tiefbauarbeiten, mit einem auswechselbaren, druckmittelangetriebenen Werkzeug (4), bei der für die Auswechslung des Werkzeugs (4) ein Schnellwechsel-Kupplungssystem (1) angeordnet ist, welches eine mechanische Kupplung (2) und wenigstens eine Fluidkupplung (3;5) aufweist,
    wobei an der maschinenseitigen Kupplung einerseits und am Werkzeug (4) andererseits je eine Kupplungskomponente (31,32; 51,52) der wenigstens einen Fluidkupplung (3;5) in einer derartigen Relativstellung angeordnet sind, daß sie bei eingerasteter mechanischer Kupplung (2) einander in vorbestimmtem Abstand gegenüber liegen, und
    wobei wenigstens eine der Kupplungskomponenten in Richtung auf die andere Kupplungskomponente zur Erzielung der Schließstellung der Kupplung (3;5) bewegbar und in dieser Bewegung zur Herstellung eines Formschlusses der Kupplungskomponenten motorisch antreibbar ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß jeder Einzelanschluß der Fluidkupplung (3;5) separat betätigbar ist, und
    daß die Kupplungskomponenten (31,32; 51,52) zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern insbesondere durch Gelenklager lageeinstellbar gehalten sind.
  2. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Kupplungskomponenten mittels eines Kugelgelenklagers (34,36) gelagert ist.
  3. Arbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinander zu gerichtete Bewegung der Kupplungskomponenten (31,32; 51,52) eine Linearbewegung ist.
  4. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinander zu gerichtete Bewegung der Kupplungskomponenten druckmittelangetrieben ausführbar ist.
  5. Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
    eine der Kupplungskomponenten (31) eine Kuppelhülse (31a) aufweist, welche im Zuge der Erzielung der Schließstellung der Kupplungskomponenten (31,32) über eine federnd vorgespannte Muffe (32a) an der anderen Kupplungskomponente (32) bewegbar ist,
    wobei in der Kuppelhülse (31a) ein Dichtkegel (31d) angeordnet ist, der federnd gegen einen Anschlag (31c) in der Kuppelhülse (31a) in Richtung auf die andere Kupplungskomponente (32) vorgespannt ist,
    wobei in der Muffe (32a) ein starr an der Kupplungskomponente (32) vorliegender Ventilkegel (32b) angeordnet ist, der als Anschlag für die Muffe (32a) dient, und
    wobei die Vorspannkraft an der Muffe (32a) derart gewählt ist,
    daß die Kuppelhülse (31a) und die Muffe (32a) im Zuge der Erzielung der Schließstellung der Kupplungskomponenten eine Fluiddichtung herstellen, bevor der Ventilkegel (32b) im Zusammenwirken mit dem Dichtkegel (31d) einen Fluiddurchtritt erlaubt, wenn die Kuppelhülse (31a) die Muffe (32a) gegen deren federnde Vorspannung verschiebt.
  6. Arbeitsmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Kupplungssystem ein zusätzliches Sperrglied (6) angeordnet ist, welches im angekoppelten Zustand des Werkzeugs (4) separat verriegelbar ist, wobei das Sperrglied (6) vorzugsweise durch ein Druckmittel betätigbar und insbesondere beim Ankoppeln automatisch verriegelbar bzw. beim Entkoppeln des Werkzeugs (4) separat zu entriegeln ist.
  7. Arbeitsmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupplungskomponente des Kupplungssystems wenigstens ein Verriegelungselement (212) aufweist, welches mit einem Verriegelungsbereich (42) an der anderen Kupplungskomponente in definierten, formschlüssigen Eingriff gelangt, wenn das Kupplungssystem geschlossen ist, wobei das Verriegelungselement (212) und der Verriegelungsbereich (42) vorzugsweise in quaderförmiger Gestalt mit einer aufeinander angepaßten schrägen Fläche ausgebildet sind, und wobei das Verriegelungselement (212) vorzugsweise durch ein Druckmittel antreibbar ist.
  8. Schnellwechsel-Kupplungssystem (1) für eine Arbeitsmaschine, insbesondere für Tiefbauarbeiten, mit einem auswechselbaren, druckmittelangetriebenen Werkzeug (4), wobei das Schnellwechsel-Kupplungssystem (1) eine mechanische Kupplung (2) und wenigstens eine Fluidkupplung (3;5) aufweist,
    wobei an der maschinenseitigen Kupplung einerseits und am Werkzeug (4) andererseits je eine Kupplungskomponente (31,32; 51,52) der wenigstens einen Fluidkupplung (3;5) in einer derartigen Relativstellung angeordnet sind, daß sie bei eingerasteter mechanischer Kupplung (2) einander in vorbestimmtem Abstand gegenüber liegen, und
    wobei wenigstens eine der Kupplungskomponenten in Richtung auf die andere Kupplungskomponente zur Erzielung der Schließstellung der Kupplung (3;5) bewegbar und in dieser Bewegung zur Herstellung eines Formschlusses der Kupplungskomponenten motorisch antreibbar ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß jeder Einzelanschluß der Fluidkupplung separat betätigbar ist, und
    daß die Kupplungskomponenten zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern insbesondere durch Gelenklager lageeinstellbar gehalten sind.
  9. Schnellwechsel-Kupplungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner wenigstens ein Merkmal der Ansprüche 2 bis 7 aufweist.
  10. Fluidkupplung, insbesondere für eine Arbeitsmaschine, mit zwei zur Erzielung der Schließstellung aufeinander zu bewegbaren Kupplungskomponenten (31,32), dadurch gekennzeichnet, daß
    eine der Kupplungskomponenten (31) eine Kuppelhülse (31a) aufweist, welche im Zuge der Erzielung der Schließstellung der Kupplungskomponenten (31,32) über eine federnd vorgespannte Muffe (32a) an der anderen Kupplungskomponente (32) bewegbar ist,
    wobei in der Kuppelhülse (31a) ein Dichtkegel (31d) angeordnet ist, der federnd gegen einen Anschlag (31c) in der Kuppelhülse (31a) in Richtung auf die andere Kupplungskomponente (32) vorgespannt ist,
    wobei in der Muffe (32a) ein starr an der Kupplungskomponente (32) vorliegender Ventilkegel (32b) angeordnet ist, der als Anschlag für die Muffe (32a) dient, und
    wobei die Vorspannkraft an der Muffe (32a) derart gewählt ist,
    daß die Kuppelhülse (31a) und die Muffe (32a) im Zuge der Erzielung der Schließstellung der Kupplungskomponenten eine Fluiddichtung herstellen, bevor der Ventilkegel (32b) im Zusammenwirken mit dem Dichtkegel (31d) einen Fluiddurchtritt erlaubt, wenn die Kuppelhülse (31a) die Muffe (32a) gegen deren federnde Vorspannung verschiebt.
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